JP2007533145A - 電力半導体回路 - Google Patents

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Abstract

本発明は、電力半導体回路に関し、薄型組立品として具現された電力半導体モジュール（２）を含んでいる。本発明によれば、特にコンパクトで省スペースの電力半導体回路の製品が、上記電力半導体モジュールの上記具現によってもたらされる可能性によって実現する可能性がある。そのために、電力半導体モジュール（２）は電源のトップトラック（３）上、および／または、アウトプットトラッキング（１１）に直接配置され、冷却装置（５）がトラッキング（１１）に一体化されている。

Description

発明の詳細な説明
本発明は、電力半導体技術の分野にあり、電力半導体回路に関する。
ＥＰ ０ ９０１ １６６ Ａ１において開示されている従来の電力半導体回路においては、電力半導体モジュールは、例えばＩＧＢＴｓなど１つ以上の個別の電力半導体要素（以下では、電力半導体と称される）を、はんだ層と金属被覆によって窒化アルミニウム基板の最上面に接続することによって従来技術を用いて構成される。基板の裏面には、リブ付き放熱器の形式の冷却機に接続される。上記モジュールは、共通の筐体に一体的に組み込まれる複数の上記基板を含んでいる。
電力半導体モジュールは、該モジュールとの電流のやり取りに用いられるいわゆるバスバーに、ネジ結合によって外部接続され、また、バスバーは複数のモジュールを直角に通ることができる。
モジュール構造の新しいトレンドは、例えば、アドバンシングマイクロエレクトロニクス２００３年９月／１０月号のレイ・フィリオン他による「高性能ポリマー薄膜パワーエレクトロニクスパッケージング技術」という論文に記載されているように、ラミネーション手法を用いた薄型モジュール形状の方向に向かっている。
一例として、接触領域を有する部品を備えた基板が、それゆえ、そのようなモジュールを生産するために供給され得る。この場合、低インダクタンス接触接続は、上記接触領域を相対的に薄い膜の上に形成されたパッドと接続することによって実現される。上記接触領域とパッドとは、平衡圧力下の真空プレスにおいてフィルムをラミネートすることによって接続される。
本発明の目的は、これと比較してさらに発達し、適合が容易であるという事実によって区別される電力半導体回路であって、特に省スペースデザインを有する電力半導体回路を明確にすることである。
上記目的は、特許請求の範囲の請求項１に請求されている電力半導体回路を用いて達成される。従属請求項は、本発明の概念の改良と発展とに関する。
上記発明は、上述のとおり、薄型組立部品の形式で、少なくとも一つの電子部品が基板上に配置され、最上面の接触領域を介してフィルムのパッドに接触接続された電力半導体モジュールと、電流を供給および／または消費し、１つのカバーバスバー上に上記電力半導体モジュールが配置されたバスバーシステムを備え、バスバーシステムに一体化された冷却装置を含んでいる電力半導体回路を提供する。
本発明の基本的な態様は、上述のとおり、薄型電力半導体モジュールをバスバーシステムに直接的に一体化することを含む。この場合、上記バスバーシステムは、カバーバスバーを備えたバスバーパケットの形式であってもよく、少なくとも上記モジュールが配置されるための領域はフラットである。
上記モジュール、または、複数の薄型モジュールは、平板状であって陽極板または陰極板として用いられるバスバーの外側に半田付けされてもよい。
これは、陽極および陰極のバスバーが、通常、平板バスバーシステムパケットの最上または最下の平板として配置されるためである。この改良においては、上記モジュールは、上述のとおり、バスバーシステムの最上または最下の外側に配置される。
本発明に係る電力半導体回路の他の有利な局面は、上記モジュールが適用されたカバーバスバーが、冷却装置によって直接冷却され得ることである。上記モジュールにおいて発生させられる放熱は、上述のようにして、特に効果的な方法によって消費され得る。
上記冷却装置は、空気冷却システムの形式であってもよい。しかしながら、液体冷却システムであってもあってもよい。この場合、冷却剤が電気的に絶縁すれば有利である。冷却装置は、それから、導電性に設計されてもよく、これにより追加の電気的機能を実行できてもよい。
他の好ましい発明の改良は、平板状であって平行面上において絶縁されるように配置された複数の導体を含んでいるバスバーシステムパケットとなるバスバーシステムを提供することである。特別なコンパクト設計はこのようにして実現される。製品については、平板状の上記導体がラミネーション手法によって互いに結合されることが好ましい。それゆえ薄型電力半導体モジュールを製造するためにも用いられる対応する製造方法が取られる。この場合、ラミネーションステップ、または、追加のラミネーションステップが基板上において同時に有効になる。
上記冷却装置は、好ましくは、同様に平板状であってもよく、平板状であるバスバーの間にほとんど挟まれるようにして配置されてもよい。
上記電力半導体モジュールは、電気的に、さらなるレイヤーに接続されてもよいし、あるいは、側面に沿って通っている導体トラックまたは導体シートを介してバスバーシステムのバスバーに接続されてもよい。
電力半導体モジュールの接触接続に関する特に有利な本発明の一つの改良は、裏面の接触領域を介して基板に接続される電子部品と、導電性材料を含む基板を提供する。
追加の回路が、例えば制御の目的のために、上記電力半導体モジュールのすぐ近傍において頻繁に要求される。本発明の一つの有利な発展によれば、薄型ユニットの形式で電力半導体モジュールの上方に配置される制御回路の利点によって、これが実現され得る。
本発明は、図面において説明されている実施例を参照して以下により詳細に説明される。
図１は、最上のバスバー（カバーバスバー）３の表面上に配置された２つの電力半導体モジュール１と２とを示している。上記バスバーは、薄く（フラットで）、平板状である。インバータの陽極バスバーとして用いられてもよい。空気冷却式であってもよい冷却装置５は、バスバー３の下に位置している。しかしながら、このケースにおいては、冷却剤６が電気的に絶縁する液体冷却システムが備えられている（例えばオイル）。上記冷却装置は、例えば、上述したように筐体から絶縁されており、上述したように電気的な機能も引き受ける。上記冷却装置は直接バスバー３を冷却し、上述したように動作中に発生させられた放熱はとても効率的な方法によって消費される。
冷却装置５は、バスバー３と（絶縁体７を介して）平板状で平行面上にあるさらなるバスバー８との間に、挟まれるようにして配置される。さらなる絶縁層９を介して裏面にバスバー１０が備えられている。このバスバー１０は陰極バスバーを形成する。上記バスバー３、８、１０は、冷却装置５とともに、バスバーシステムパケット１１として参照されるとてもコンパクトな装置を形成する。上記バスバーシステムパケットの要素はラミネーション手法を用いて互いに接続される。
インバータの２つの中間キャパシタ１２、１４は、バスバー３と１０にネジ結合によって接続されており（例えばキャパシタ１２の１５と１６）、バスバーシステムパケットの下に示されている。
図２は、図１の領域Ａの部分を示す。例えばモリブデンなどの導体を含んでいる基板２０が見られる。例えばＩＧＢＴなどの電子部品２２は、上記基板の表面２１に半田付けされ、接続接触領域（パッド)２４は上記部品の裏面２３上に位置する。上記基板２０に関してはバスバー３に半田付けされ（図１も参照）、結果として、接続接触領域２４は電気的に直接バスバー３に接触接続されている。このようにして複数の電子部品が好ましく基板２０上に配置され得て、それらの部品は回路の仕様に従ってバスバー３の電位となることを目的としている。
最初に記載されているタイプのフィルム２５は、ラミネーションの手法によって適用されて電気的接続が行われ、部品２２の上方に見られる。これらの接続は、ファイルリファレンス１０３ １４ １７２．３．の特許出願において詳細に記載（冒頭に記載）されているように、例えば、部品２２の表面２６上に備えられている接続接触エリア２７（パッド）とフィルム上の対応するパッド２８との間の電気的接触を含んでもよい。フィルム２５はモジュール２を超えてバスバーシステムパケット１１のエッジ２９まで延び、このようにして他のバスバーのパッドにも達する場合もある。上記フィルムは、バスバーシステムパケット１１のラミネーションとともに加工されてラミネートされ得る。
図１において示されているように薄型ユニット３０の形式でプリント回路基板上にある制御回路は、バスバーシステムパケット１１とキャパシタ１２、１４とを含んでいるコンパクトユニットの上方に配置されている。この回路は、ワイヤボンド、溶接ジョイント、プレスコンタクト、あるいは半田接合（図示せず）によって、電力半導体モジュールの要素、および／または、バスバーに接続され得る。
例えばインバータなど、比較的小さな筐体（図示せず）に挿入され得るとてもコンパクトな電力半導体回路は、概して上記のようにして実現される。本発明に係る電力半導体回路は、層の形式で構成された電力半導体モジュールの薄型設計に起因する省スペースの可能性の最適な完全利用のために用いられる。最後に、このケースにおける重要な有利な点は、この電力半導体回路が電力半導体モジュールとバスバーとがネジで結合されることなく済むことである。
図１は、本発明に係る電力半導体回路の側面図を示している。 図２は、図１から拡大した部分を詳細に示している。
符号の説明
１ 電力半導体モジュール
２ 電力半導体モジュール
３ カバーバスバー
５ 冷却装置
６ 冷却剤
７ 絶縁体
８ バスバー
９ 絶縁層
１０ バスバー
１１ バスバーシステムパケット
１２ 中間キャパシタ
１４ 中間キャパシタ
１５ ネジ結合
１６ ネジ結合
２０ 基板
２１ 表面
２２ 部品
２３ 裏面
２４ 接続接触領域
２５ フィルム
２６ 表面
２７ 接続接触領域
２８ パッド
２９ 端
３０ プリント回路基板
Ａ 部分

Claims (17)

  1. 薄型組立部品の形式で、少なくとも１つの電子部品（２２）が基板（２０）上に配置されており、最上面において接触領域（２７）を介してフィルム（２５）のパッド（２８）に接触接続された電力半導体モジュール（２）と、
    電流を供給および／または消費し、１つのカバーバスバー（３）上に上記電力半導体モジュール（２）が配置されたバスバーシステム（１１）と、
    上記バスバーシステム（１１）に一体化された冷却装置（５）とを含んでいる電力半導体回路。
  2. 上記冷却装置（５）は、直接カバーバスバー（３）を冷却する請求項１に記載の電力半導体回路。
  3. 上記冷却装置（５）は、空気冷却システムである請求項１または２に記載の電力半導体回路。
  4. 上記冷却装置（５）は、液体冷却システムである請求項１または２に記載の電力半導体回路。
  5. 液体冷媒（６）が電気的に絶縁している請求項４に記載の電力半導体回路。
  6. 上記バスバーシステム（１１）は、平板状であって平行面上において絶縁されるように配置された複数の導体（３、８、１０）を含んでいるバスバーシステムパケットである上記請求項のいずれか１項に記載の電力半導体回路。
  7. 平板状である上記導体（３、８、１０）は、ラミネーションによって互いに接続されている請求項６に記載の電力半導体回路。
  8. 上記冷却装置は、平板状である上記バスバーの間に挟まれるようにして配置され、同様に平板状である請求項６または７に記載の電力半導体回路。
  9. 上記電子部品（２２）は、裏面上の接触領域（２４）を介して基板（２０）に接続され、
    上記基板（２０）は、導電性材料を含んでいる上記請求項のいずれか１項に記載の電力半導体回路。
  10. 上記電力半導体モジュールの上方に薄型ユニット（３０）の形式で配置された制御回路が備えられた上記請求項のいずれか１項に記載の電力半導体回路。
  11. 上記電力半導体モジュール（２）と上記バスバーシステム（１１）とは、ネジ結合を用いることなく、互いに接続された上記請求項のいずれか１項に記載の電力半導体回路。
  12. 上記フィルム（２５）は、上記カバーバスバー（３）の端（２９）まで延びている上記請求項のいずれか１項に記載の電力半導体回路。
  13. 上記バスバーシステム（１１）は、上記カバーバスバー（３）に加えて、少なくとも１つのさらなるバスバー（８、１０）と、該さらなるバスバーまで延びている上記フィルム（２５）を備えている請求項１２に記載の電力半導体回路。
  14. 上記フィルム（２５）は、少なくとも１つのさらなるバスバー（８、１０）のパッドと接触接続している請求項１３に記載の電力半導体回路。
  15. 上記請求項のいずれか１項に記載の電力半導体回路の製造方法であって、
    最上面に接触領域（２７）を備え、薄型組立部の形であって、少なくとも１つの電子部品（２２）が基板（２０）上に配置された電力半導体モジュール（２）と、電流を供給および／または消費し、上記電力半導体モジュール（２）が載置されたカバーバスバー（３）を備えたバスバーシステム（１１）と、冷却装置（５）とを用意するステップと、
    上記電力半導体モジュール（２）を、上記電力半導体モジュール（２）にラミネートされるフィルム（２５）のパッド（２８）に接触接続するために上記接触領域（２７）を用いるステップとを含んでいる製造方法。
  16. 上記フィルム（２５）は、バスバーシステム（１１）のラミネーションと共にラミネートされる請求項１５に記載の方法。
  17. 上記フィルム（２５）は、バスバーシステム（１１）のラミネーションと共に有効になる請求項１６に記載の方法。
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